【摘 要】
:
石墨相氮化碳(g-C3N4,记为CN)驱动的光催化体系被广泛应用于水中新兴有机污染物去除。然而,CN的活性位点少、电荷复合速率高以及可见光吸收范围窄等问题大大降低了其氧化能力。已有研究表明,氧空位可以通过调控体系中不同界面反应,提升材料光催化性能。氮空位与氧空位结构相似且均为阴离子型空位缺陷。可以推断,氮空位也具有调控CN电子结构潜力,进而改善CN的上述问题。但是,光催化反应是一个相对复杂的多相催
【基金项目】
:
国家自然科学基金项目; 高校学科人才引进计划; 上海同济高廷耀环保科技发展基金会;
论文部分内容阅读
石墨相氮化碳(g-C3N4,记为CN)驱动的光催化体系被广泛应用于水中新兴有机污染物去除。然而,CN的活性位点少、电荷复合速率高以及可见光吸收范围窄等问题大大降低了其氧化能力。已有研究表明,氧空位可以通过调控体系中不同界面反应,提升材料光催化性能。氮空位与氧空位结构相似且均为阴离子型空位缺陷。可以推断,氮空位也具有调控CN电子结构潜力,进而改善CN的上述问题。但是,光催化反应是一个相对复杂的多相催化过程,提高反应速率不仅需要考虑催化剂结构性质,还应考虑光催化体系中微界面处的作用。氮空位可能对光催化体系中的各界面存在一定的影响,但具体作用机制至今仍未深入解析。因此,本论文针对光催化体系中的不同界面,深入探究氮空位对CN基光催化反应中的作用机制。具体如下:(1)采用硼氢化钠还原方法,将氮空位引入CN,定向构筑富含氮空位的Z型Ni Co2O4/CN-Vn催化剂,探究氮空位对固/固界面处电荷传输路径的影响机制。理论计算与实验结果表明,氮空位降低了Ni Co2O4价带与CN-Vn导带之间的电势差,促使了Ni Co2O4/CN-Vn内部电荷按照Z型路线传输,实现了电荷高效分离,加速Ni(II)和Co(II)将PMS活化为活性物种,进而高效氧化污染物。相比无氮空位Ni Co2O4/CN降解盐酸盐四环素(TCH)的速率常数(0.0724 min-1),Ni Co2O4/CN-Vn的速率常数提升到了0.1169 min-1。此外,Ni Co2O4/CN-Vn对卡马西平(CBZ)、4-氯苯酚(4-CP)、阿特拉津(ATZ)和对硝基苯酚(PNP)均表现出较好的降解性能,30 min内降解效率分别可达95.5%、94.2%、98.0%和91.4%。(2)通过将氮空位引入CN中,精准构筑富含氮空位的Co CO3/CN-Vn催化剂,探究氮空位与固/液界面处外源氧化剂过硫酸氢钾(PMS)之间的作用机制。理论计算与实验结果表明,氮空位通过促进Co(II)与PMS之间的吸附,降低了Co(II)-PMS复合物的活化能垒,加速了Co(IV)=O的产生。除此之外,氮空位通过重新分配Co 3d轨道上的电子,提高了Co(IV)=O的反应性,最终实现了污染物的高效降解。相比无氮空位10CCH/CN降解TCH的效率(92.1%),10CCH/CN-Vn的降解效率提升至94.1%。此外,10CCH/CN-Vn可以选择性地降解低离子势的污染物。(3)通过将氮空位引入CN中,精准构筑富含氮空位的FIS/CN-Vn催化剂,探究氮空位与固/液界面处内源氧化剂过氧化氢(H2O2)之间的作用机制。理论计算与实验结果表明,氮空位不仅提供了大量的未成对电子,加速氧气还原为H2O2,降低(9)OOH的形成能垒,也促进了H2O2转化为~1O2,进而实现了污染物的快速降解。相比无氮空位FIS/CN降解TCH的效率(81.6%),FIS/CN-Vn的降解效率提升到了88.5%。此外,FIS/CN-Vn对低离子势的污染物展现出独特的选择性。(4)通过将氮空位引入CN中,精准构筑富含氮空位的Fe-POM/CN-Vn催化剂,探究氮空位对固/液界面处活性物种产生和转化路径的影响机制。自由基捕获实验和电子自旋共振图谱结果表明,氮空位不仅加强了光吸收和光生电荷分离和转移的能力,加速Fe(III)/Fe(II)的转化产生·OH和~1O2,还调节了电子结构,促进直接产生·O2-,进而实现了污染物的高效降解。相比无氮空位Fe-POM/CN降解TCH的速率常数(0.0950 min-1),Fe-POM/CN-Vn的降解速率常数提升到了0.1520 min-1。此外,45Fe-POM/CN-Vn在18 min内降解阿特拉津(ATZ)、甲草胺(ALA)、4-氯酚(4-CP)和甲基橙(MO)的效率分别可达81.6%、91.1%、95.0%和~100.0%。(5)通过将氮空位引入CN中,精准构筑富含氮空位的Fe Co Ox/CN-Vn催化剂,探究氮空位与固/液界面处污染物之间的作用机制。理论计算与实验结果表明,氮空位不仅促进了Fe和Co的循环,也诱导了带正电的Co(III)直接从TCH中提取电子,加快Co(II)再生,该种独特的双电子传输路径,迅速提升了氧化剂的活化效率,最终实现了TCH的快速降解。相比无氮空位Fe Co Ox/CN降解TCH的速率常数(0.2479 min-1),Fe Co Ox/CN-Vn的降解速率常数提升到了0.6674 min-1。
其他文献
<正>2021年3月15日,习近平总书记在中央财经委员会第九次会议中指出,实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革,要构建清洁低碳安全高效的能源体系,控制化石能源总量,着力提高利用效能,实施可再生能源替代行动,深化电力体制改革,构建以新能源为主体的新型电力系统。党的二十大报告强调,要积极稳妥推进碳达峰、碳中和,深入推进能源革命,加快规划建设新型能源体系。构建以新能源为主体的新型电力系
背景:结直肠癌(Colorectal cancer,CRC)已成为全球最常见的恶性肿瘤类型之一,我国2020年CRC新发病例和死亡病例分别为55.5万和28.6万,且保持上升趋势。CRC是一类具有遗传特性的恶性肿瘤,约1/3的患者有遗传背景,5%~10%的患者可确诊为遗传性CRC。携带遗传性CRC致病突变基因的个体患CRC和其他肠外肿瘤的风险大大增加。遗传性CRC的筛查与识别可促进CRC患者的精准
自然结构材料通常是在环境温度下由相对单一和脆弱的天然组分合成,但经过亿万年演化形成的高度有序多尺度微纳结构赋予了它们远超其基本组分的优异力学性能。贝壳珍珠层就是一个典型例子,由95 vol.%的文石片和5 vol.%的有机质组装而成的多尺度分级“砖-泥”结构使其强度与文石片相当的同时,断裂功相比于文石片提高了三个数量级。其非凡的断裂韧性主要来源于与结构相关的外在增韧机制,如片层滑移与拔出和裂纹偏转
基于自陷态发光的低维杂化卤化物钙钛矿作为极具前景的单基质白光照明材料,不仅简化了发光器件的制备工艺,同时克服了传统多基质白光材料色度不稳定等问题,逐渐受到科学界的广泛关注。然而,低维杂化卤化物钙钛矿的发光效率较低,极大地阻碍了实际应用。高压作为一种重要的热力学参量和极端条件,能够有效地减小原子间距离,增加电子云重叠和原子间相互作用,进而调控材料的晶体结构和电子结构,是研究材料构效关系及其机理的有力
精密驱动技术是精密仪器、生物医学、集成电路和空天科技等领域的重要支撑技术之一。然而,随着科学技术的不断发展,上述高新技术领域对驱动装置结构尺寸、定位精度等技术特性的要求日益提高,传统驱动技术渐显乏力。压电驱动技术是基于逆压电效应,以振动和摩擦为主要驱动方式的新型驱动技术。相较于传统技术,应用压电驱动技术的驱动装置具有体积小、重量轻、精度高、响应快和无磁场干扰等优势,具有重要的应用价值和发展潜力。粘
目的:优选六子明目颗粒的最佳提取工艺。方法:采用单因素实验和正交实验,以提取时间、提取次数、料液比为考察因素,以浸膏量、总黄酮、总多糖提取率为综合评价指标,优选最佳提取工艺。结果:根据单因素和正交实验结果,药材进行粉碎后,料液比1∶12、提取时间1 h、提取次数3次为最佳工艺。结论:该工艺稳定、重复性好、可行性高,适用于工业生产。
肥厚型心肌病(Hypertrophic cardiomyopathy,HCM)是由单基因突变所引起的常染色体显性遗传性疾病,其病理特点主要为心肌细胞肥大、排列紊乱、心肌纤维化和结缔组织增生。HCM的发病率为0.2%,是青少年及运动员心源性猝死(Sudden cardiac death,SCD)的主要原因,可在任何年龄段发病,有显著的家族聚集性,家族性发病者占全部患者的50%,年死亡率约为1%~2%
油污染在日常生活和工业生产中随处可见,构建自清洁涂层可以使表面在水的作用下自动清除油污染,这避免了洗涤剂大量使用造成的环境污染和洗涤过程的机械摩擦造成的能量消耗。亲水高分子由于表面极性基团的强水合能力已成为设计自清洁涂层的优选材料。然而在实际应用中,亲水表面在低表面能空气中的长期暴露会使表面极性基团自动向内翻转以降低表面能,这种表面重构会导致分子构型的转变,进而大大降低了表面的亲水性和自清洁能力。
随着化石能源成本的不断增加,人们开始寻找经济适用且对环境友好的能源,其中太阳能备受关注。有机半导体聚合物太阳能电池是一种很有前途的、可替代无机材料的光电转化器件,它具有价格便宜、重量轻、柔韧性好以及可以通过卷对卷加工和大面积生产等优点。目前,聚合物电池已经获得较高的能量转换效率,但是低的光吸收率,低的载流子寿命,以及载流子的复合仍是必须解决的问题,其中载流子复合严重制约着器件性能。为了降低载流子复
内陆湖泊作为CO2和CH4排放的热点,在全球碳循环中发挥着重要的作用。水产养殖是一种严重影响湖泊结构和功能的人为干扰活动,近年来我国开始实施“退养还湖”措施。准确评价“退养还湖”前后湖泊CO2和CH4通量的变化成为我国湖泊温室气体排放研究的热点问题。本研究以太湖东南隅已有40年养殖史的东太湖养殖区为研究对象,基于涡度相关法对东太湖“退养还湖”前后共四年(2018~2021年)的CO2和CH4通量进